KR20230087783A - 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 토대로 각 이동체 간의 충돌 가능성 및 위험성을 판단하며, 신호수 단말의 지시 신호를 벗어나거나 특정 운전 조건을 만족하지 않는 이동체의 경우 운전을 강제적으로 제한하여 안전성을 확보할 수 있도록 하는 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 토대로 각 이동체 간의 충돌 가능성 및 위험성을 판단하며, 신호수 단말의 지시 신호를 벗어나거나 특정 운전 조건을 만족하지 않는 이동체의 경우 운전을 강제적으로 제한하여 안전성을 확보할 수 있도록 하는 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템에 관한 것이다.
디지털 트윈(Digital twin)이라 함은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션 함으로써 결과를 미리 예측하는 기술이다. 디지털 트윈은 제조업뿐 아니라 다양한 산업·사회 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목 받는다. 그리고 기본적으로는 다양한 물리적 시스템의 구조, 맥락, 작동을 나타내는 데이터와 정보의 조합으로, 과거와 현재의 운용 상태를 이해하고 미래를 예측할 수 있는 인터페이스라고 할 수 있다. 물리적 세계를 최적화하기 위해 사용될 수 있는 강력한 디지털 객체로서, 운용 성능과 사업 프로세스를 대폭 개선할 수 있다.
한편, 조선소 야드에서 이동체(크레인, 지게차, 트랜스포터 등)를 운전함에 있어서, 이동체는 이동 반경이 매우 넓고 운전수의 사각지대가 존재하기 때문에 신호수의 수신호에 맞추어 이동체의 운전 및 조작하는 것이 매우 중요하다.
하지만, 실제 현장에서는 각종 소음과 여러곳에 적재된 적재물에 의해 신호수 및 운전수의 시야 확보가 어려운 상황이 자주 발생되기 때문에, 신호수 단말의 지시 신호를 벗어나거나 특정 운전 조건을 만족하지 않는 이동체의 경우 운전을 강제적으로 제한하여 안전성을 확보하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 토대로 각 이동체 간의 충돌 가능성 및 위험성을 판단하며, 신호수 단말의 지시 신호를 벗어나거나 특정 운전 조건을 만족하지 않는 이동체의 경우 운전을 강제적으로 제한하여 안전성을 확보할 수 있도록 하는 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)는 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 수집하는 IIoT 플랫폼(110) 및 상기 IIoT 플랫폼(110)을 통해 수집된 데이터들을 기반으로 디지털 트윈으로 구성된 이동체 별 3차원 모델을 생성 및 가상공간에 배치하며, 배치된 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출하여 충돌 위험을 감지하는 이동체 안전관리 장치(120)를 포함하며, 상기 이동체 안전관리 장치(120)는 각 이동체에 대한 사용자 입력 정보를 확인하여 운전 조건을 만족하는지 여부를 판단하며, 해당 운전 조건을 만족하지 않을 경우 해당 이동체의 운전을 제한하고, 또한 3차원 모델 간 충돌 위험이 감지되는 경우, 안전 관리자 단말 또는 이동체 운전자 단말에 경보 알람이 발생되도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이동체 안전관리 장치(120)는 각 이동체를 통한 적재물의 위치 변경을 지시하는 신호수 단말로부터 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호를 획득한 후 해당 지시 신호를 토대로 각 적재물 별 예상 이동 경로를 파악하고, 각 적재물 별 이동 스케쥴에 따라 기 산출된 이동 경로와 상기 적재물 별 예상 이동 경로를 서로 비교하여 설정된 오차범위를 벗어나는 것으로 판단되는 경우 상기 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이동체 안전관리 장치(120)는 상기 신호수 단말로부터 지시 신호가 획득되지 않은 상황에서 특정 이동체를 통한 적재물의 위치 변경이 감지되는 경우, 상기 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 해당 이동체의 운전을 제한할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 IIoT 플랫폼(110)은 각 이동체에 설치된 3차원 라이다 및 검사 센서와 연동되어, 상기 3차원 라이다로부터 획득되는 구조물 데이터를 토대로 상기 가상공간의 구현을 위한 3차원 지도를 작성하고, 또한 작성된 상기 3차원 지도 내에서 각 이동체의 위치 및 방향을 추정하여 좌표값을 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이동체 안전관리 장치(120)는 상기 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출한 결과를 토대로, 해당 현장의 구역정보 및 이상 데이터 항목 별 위험도 평가를 수행하여 리스크 종류 및 위험도 분류에 따라 구분된 리스크 정보를 구축 및 데이터화할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 토대로 각 이동체 간의 충돌 가능성 및 위험성을 판단하며, 신호수 단말의 지시 신호를 벗어나거나 특정 운전 조건을 만족하지 않는 이동체의 경우 운전을 강제적으로 제한하여 안전성을 확보할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명은 종래의 개략적인 컨셉 스케치 이미지나 사진을 이용한 디지털 트윈 적용이 아닌, 실제 현장의 이동체를 토대로 구현된 3차원 디지털 트윈 모델을 이용할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명은 조선소의 야드에서 관리 대상이 되는 이동체의 준비상태, 신호수의 배치 여부 확인을 위해 입력되는 IoT 정보 확인 후 이동체의 운전, 조작이 가능하도록 함으로써, 부주의한 사고를 미연에 예방할 수 있는 이점을 가진다.
또한 본 발명은 일반적으로 기계 운전에 확용되는 인터락(Interlock) 기능을 이동체의 운전 가능 여부 기능에 구현 및 적용함으로써, 이동체 안전을 위한 외부적인 운전 조건이 특정 운전 조건을 만족하지 않을 경우 강제적으로 운전을 제한하여 안전성을 확보할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)을 통해 각 이동체 간 충돌 가능성 및 위험성을 판단하고, 안전성을 확보하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)을 통해 각 이동체 간 충돌 가능성 및 위험성을 판단하고, 안전성을 확보하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)은 크게 IIoT 플랫폼(110) 및 이동체 안전관리 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, IIoT 플랫폼(110)은 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 수집하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, IIoT 플랫폼(110)은 각 이동체(예를 들어, 크레인, 지게차, 트랜스포터 등 현장에서 운용되는 각종 장비)에 설치된 3차원 라이더, 검사 센서 및 360도 카메라 장치 등과 연동되며, 이를 통해 획득되는 구조물 데이터를 토대로 가상공간 구현을 위한 3차원 지도를 작성할 수 있으며, 또한 작성된 3차원 지도 내에서 각 이동체의 위치 및 방향을 추정하여 좌표값을 계산할 수 있다. 이렇게 계산된 좌표값은 이동체 안전관리 장치(120)로 제공되어 이동체 별 3차원 모델, 가상공간 구현 및 배치에 적용될 수 있다.
이동체 안전관리 장치(120)는 IIoT 플랫폼(110)을 통해 수집되는 데이터들을 기반으로 디지털 트윈으로 구성된 이동체 별 3차원 모델을 생성하고 또한 조선소 야드를 모사한 가상공간을 구현하여 각 이동체 별 3차원 모델을 배치하게 된다. 이때, 가상공간 및 이동체 별 3차원 모델은 실제 조선소 현장과 유사하게 구현됨에 따라, 이동체 안전관리 장치(120)는 배치된 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출하고 이에 따른 충돌 위험을 감지할 수 있다. 또한, 이동체 안전관리 장치(120)는 이동체에 대한 사용자 입력 정보를 확인하여 운전 조건을 만족하는지 여부를 확인 및 판단하여 해당 운전 조건을 만족하지 않을 경우 해당 이동체의 운전을 제한할 수 있다.
여기에서, 사용자 입력 정보라 함은 예를 들어 신호수 단말을 통해 획득되는 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호를 의미할 수 있고, 또한 관리 대상이 되는 이동체의 준비 상태 확인(신호수의 배치 여부 확인)을 위한 입력 신호를 의미할 수 있다.
이동체 안전관리 장치(120)는 실제 현장에서 각 이동체를 통한 적재물의 위치 변경을 지시하는 신호수 단말로부터 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호를 획득한 후, 획득한 지시 신호를 토대로 가상공간 내에서 적재물 별 예상 이동 경로를 시뮬레이션 함으로써 미리 예상 이동 경로를 파악할 수 있다.
예를 들어, 가상공간은 실제 조선소 야드와 유사하게 구현됨에 따라, 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호에 따른 이동체의 조작 및 적재물의 위치 변경 또한 가상공간 내에서 동일하게 시뮬레이션 가능한 형태로 구현될 수 있다.
실제 현장에서도 이동체의 조작 및 그에 따른 적재물의 위치 변경 또한 기 정해진 이동 스케쥴에 따라 이루어지게 되며, 반드시 신호수 단말로부터 획득되는 지시 신호를 따르게 되어 있다.
따라서, 이동체 안전관리 장치(120)는 실제 신호수 단말로부터 획득되는 지시 신호와, 그에 따라 조작 및 운전되는 이동체와 그에 따른 적재물의 위치 변경을 가상공간 내에서 미리 시뮬레이션 해봄으로써, 신호수 단말의 지시 신호에 오류가 있는지, 또는 해당 지시 신호를 토대로 이동체를 조작, 운전할 경우 적재물이 기 정해진 이동 스케쥴에 따라 안전하고 정확하게 이동될 수 있는지 여부를 미리 확인할 수 있는 것이다.
특히, 이동체 안전관리 장치(120)는 각 신호수 단말로부터 획득되는 지시 신호를 토대로 각 적재물 별 예상 이동 경로를 파악한 후, 각 적재물 별 이동 스케쥴에 따라 기 산출된 이동 경로와 예상 이동 경로를 서로 비교함으로써 설정된 오차범위를 벗어나는 경우에는 안전 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 해당 이동체의 운전을 강제로 제한할 수 있는 신호를 전송할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 이동체 안전관리 장치(120)는 이동체가 크레인인 경우에는 실제 크레인의 붐대 길이 변화, 실제 붐대의 방위각 데이터 및 실제 붐대의 리프트 각도 데이터를 가상공간 내 3차원 모델에 반영하여 크레인의 최대 작업 반경을 산출할 수 있으며, 이를 토대로 가상공간 내 타 이동체와의 충돌 가능성을 감지할 수 있다.
뿐만 아니라, 이동체 안전관리 장치(120)는 가상공간 내에서 각 이동체 별 3차원 모델의 충돌 위험이 감지될 경우에도 마찬가지로 안전 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 해당 이동체의 운전을 강제로 제한할 수 있는 신호를 전송할 수 있음은 물론, 일 실시예에서는 안전 관리자 단말, 이동체 운전자 단말 또는 신호수 단말에게 경보 알람을 전송할 수 있다.
또한, 일 실시예에서 이동체 안전관리 장치(120)는 각 이동체의 적재물 이동 스케쥴 정보를 모두 미리 획득하여 저장할 수 있다. 이 경우, 현장에 배치된 신호수 단말 중 해당 적재물 이동 스케쥴과 관련된 신호수 단말로부터 지시 신호가 발신되지 않는 상황(신호수 단말로부터 어떠한 지시 신호도 전송되지 않은 상황)에서 특정 이동체가 단독으로 움직이거나 적재물의 위치 변경이 감지되는 경우, 이동체 안전관리 장치(120)는 해당 이동체가 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 해당 이동체의 운전을 강제로 제한할 수 있는 신호를 전송할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 이동체 안전관리 장치(120)는 각 이동체 별 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출한 결과를 토대로, 해당 조선소 현장의 구역정보 및 이상 데이터 항목 별 위험도 평가를 수행하여, 조선소 내 리스크 종류 및 위험도 분류에 따라 구분된 리스크 정보를 구축 및 데이터화할 수 있다.
보다 구체적으로, 이동체 안전관리 장치(120)는 앞서 IIoT 플랫폼(110)을 통해 획득되는 구조물 데이터와 조선소 현장을 실시간으로 촬영한 모니터링 데이터를 이미지로 변환한 후, 변환된 이미지를 기 학습된 인공지능 데이터를 병합하고 이를 인공지능으로 학습시켜 그에 상응하는 슈도 이미지를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 슈도 이미지와 임의의 시간에 타 조선소 현장에서 촬영 및 입력되는 입력 데이터에 대한 이미지를 서로 비교하여 조선소 현장에 대한 이상징후를 판단할 수 있다. 이렇게 판단된 이상징후를 이용하여 조선소의 다수의 구역 별 이상 데이터 항목 및 각 항목 별 위험도를 판단할 수 있다. 각 항목 별 위험도가 기 설정된 기준치를 벗어날 경우. 이동체 안전관리 장치(120)는 해당 구역에 위치하는 신호수 단말 또는 이동체에 위험 발생 신호를 발생시킴으로써 사고 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로는, 앞서 살펴본 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)을 이용하여 각 이동체 간 충돌 가능성 및 위험성을 판단하고, 안전성을 확보하는 과정을 살펴보기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템(100)을 통해 각 이동체 간 충돌 가능성 및 위험성을 판단하고, 안전성을 확보하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2를 살펴보면, 먼저 IIoT 플랫폼(110)은 조선소 야드에 배치된 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 수집하여 가상공간 구현을 위한 3차원 지도를 작성하고 각 이동체의 위치 및 방향을 추정하여 좌표값을 계산하게 되고(S201), 계산된 좌표값 및 구조물 데이터는 이동체 안전관리 장치(120)로 제공된다(S202).
다음으로, 이동체 안전관리 장치(120)에서는 획득된 구조물 데이터 및 좌표값을 이용하여 디지털 트윈으로 구성된 이동체 별 3차원 모델과 조선소 야드를 모사한 가상공간을 구현한다(S203). 다음으로, 이동체 안전관리 장치(120)는 실제 현장에서 각 이동체를 통한 적재물의 위치 변경을 지시하는 신호수 단말로부터 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호를 획득한 후, 획득한 지시 신호를 토대로 가상공간 내에서 적재물 별 예상 이동 경로를 시뮬레이션 함으로써 미리 예상 이동 경로를 파악하고(S204), 각 이동체에 대한 사용자 입력 정보를 확인하여 운전 조건을 만족하지 않거나, 3차원 모델 간 충돌 위험이 감지되거나, 또는 각 적재물 별 예상 이동 경로와 기 등록된 이동 스케쥴을 비교한 결과 오차범위를 벗어나는 경우 해당 이동체의 운전을 제한하거나 또는 안전 관리자 단말 또는 이동체 운전자 단말에 경보 알람을 제공하여 사고가 미연에 방지되도록 할 수 있다(S205).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템
110: IIoT 플랫폼
120: 이동체 안전관리 장치
110: IIoT 플랫폼
120: 이동체 안전관리 장치
Claims (5)
- 조선소 내 이동체의 위치 데이터 및 상태 데이터를 수집하는 IIoT 플랫폼(110); 및
상기 IIoT 플랫폼(110)을 통해 수집된 데이터들을 기반으로 디지털 트윈으로 구성된 이동체 별 3차원 모델을 생성 및 가상공간에 배치하며, 배치된 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출하여 충돌 위험을 감지하는 이동체 안전관리 장치(120);를 포함하며,
상기 이동체 안전관리 장치(120)는,
각 이동체에 대한 사용자 입력 정보를 확인하여 운전 조건을 만족하는지 여부를 판단하며, 해당 운전 조건을 만족하지 않을 경우 해당 이동체의 운전을 제한하고, 또한 3차원 모델 간 충돌 위험이 감지되는 경우, 안전 관리자 단말 또는 이동체 운전자 단말에 경보 알람이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이동체 안전관리 장치(120)는,
각 이동체를 통한 적재물의 위치 변경을 지시하는 신호수 단말로부터 각 적재물의 이동 스케쥴 별 지시 신호를 획득한 후 해당 지시 신호를 토대로 각 적재물 별 예상 이동 경로를 파악하고, 각 적재물 별 이동 스케쥴에 따라 기 산출된 이동 경로와 상기 적재물 별 예상 이동 경로를 서로 비교하여 설정된 오차범위를 벗어나는 것으로 판단되는 경우 상기 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 이동체 안전관리 장치(120)는,
상기 신호수 단말로부터 지시 신호가 획득되지 않은 상황에서 특정 이동체를 통한 적재물의 위치 변경이 감지되는 경우, 상기 운전 조건을 만족하지 않는 것으로 판단하여 해당 이동체의 운전을 제한하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 IIoT 플랫폼(110)은,
각 이동체에 설치된 3차원 라이다 및 검사 센서와 연동되어, 상기 3차원 라이다로부터 획득되는 구조물 데이터를 토대로 상기 가상공간의 구현을 위한 3차원 지도를 작성하고, 또한
작성된 상기 3차원 지도 내에서 각 이동체의 위치 및 방향을 추정하여 좌표값을 계산하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이동체 안전관리 장치(120)는,
상기 3차원 모델 간 충돌 가능성을 산출한 결과를 토대로, 해당 현장의 구역정보 및 이상 데이터 항목 별 위험도 평가를 수행하여 리스크 종류 및 위험도 분류에 따라 구분된 리스크 정보를 구축 및 데이터화하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 기반 안전 교육 시스템.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117787907A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-29 | 广州港股份有限公司 | 散货码头数字孪生可视化堆场智能管控系统及其构建方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102289531B1 (ko) | 2019-11-25 | 2021-08-13 | 한국전자기술연구원 | 위치정보를 포함한 이동체의 디지털 트윈을 활용한 이동체 안전관리 시스템 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |